[摘(zhāi)要]渦(wō)輪流(liú)量計 應用十分廣泛(fàn)，但是(shì)當被測介質運動粘度較(jiào)高時(shí)，渦(wō)輪(lún)流量(liàng)傳感(gǎn)器儀表系(xì)數随(suí)着(zhe)流速的(de)增加而(ér)變化，波(bō)動較大，其變化(huà)規律呈(chéng)現非線(xiàn)性。口徑爲(wèi)dn10的渦(wō)輪流量(liàng)計在流(liú)體介質(zhì)粘度爲(wèi)43.49cst條件(jiàn)下其(qí)儀表(biǎo)系數随流(liú)速變化的規律，通過在可變(biàn)粘度标(biāo)準裝置進行的實驗，得到(dào)實驗數據(jù)，拟(nǐ)合出了高粘度渦(wō)輪流(liú)量(liàng)計(jì)流速(sù)修正(zhèng)算法，運用(yòng)該算(suàn)法，可以(yǐ)将(jiāng)渦輪(lún)流量計的儀表(biǎo)系數精度(dù)由4.4%提(tí)高到(dào)0.83%，并對(duì)此算(suàn)法了(le)進行實驗驗證，證明(míng)了該(gāi)算法的(de)有效性。
引言(yán)
　　渦輪流量(liàng)計在流量測量(liàng)領域有着(zhe)非常(cháng)廣泛的應用，可(kě)以用于工業油品測(cè)量(liàng)，民用自(zì)來水測量以及(jí)科學計(jì)量(liàng)[1]。渦(wō)輪(lún)流量傳(chuán)感(gǎn)器屬(shǔ)于速度式流量(liàng)計，它的工(gōng)作原理是(shì)利用流體(tǐ)流動時(shí)産生(shēng)的(de)推力(lì)使渦(wō)輪流量計渦(wō)輪葉片(piàn)轉動，渦(wō)輪穩定(dìng)轉速(sù)後，流體流(liú)過的體積流(liú)量(liàng)和渦(wō)輪的(de)轉速(sù)成正(zhèng)比(bǐ)，以(yǐ)此來(lái)計算被測流體(tǐ)的體積(jī)流量[2]。一(yī)般的(de)，把渦(wō)輪流量計(jì)單位(wèi)時間(jiān)内輸出的(de)脈沖個數(shù)與實際流(liú)過(guò)流量(liàng)的比值(zhí)稱爲渦輪流量(liàng)計的儀(yí)表(biǎo)系數(shù)。渦輪流(liú)量(liàng)傳感器需要在投入(rù)使(shǐ)用前，在(zài)标準(zhǔn)計量裝置(zhì)上進(jìn)行标(biāo)定(dìng)，即通過實驗計算出該渦輪(lún)流量傳感器的儀表系數(shù)。由此可見(jiàn)，渦輪(lún)流量傳感(gǎn)器的儀表系數精度(dù)直接影(yǐng)響着最終(zhōng)流量數據測(cè)算的精度(dù)。
　　但(dàn)是(shì)，經過國内外科(kē)研人員(yuán)的(de)大量(liàng)實驗(yàn)證明(míng)，被測(cè)流體介質的粘(zhān)度對渦(wō)輪流量(liàng)計測量時(shí)的儀表系數有(yǒu)着很(hěn)大的(de)影響(xiǎng)，當被(bèi)測介質爲水或(huò)者低(dī)粘度介質且流量高于0.5l/s時(shí)，渦輪(lún)流(liú)量計儀表系數基本保(bǎo)持恒定，但當被(bèi)測介(jiè)質粘度升高，儀表系數會(huì)一直随着粘度(dù)的增加而(ér)增加(jiā)，尤其(qí)是當介質(zhì)粘度高于50cst時，其線性(xìng)範圍完全消失。在(zài)實際的(de)流量(liàng)測量過程(chéng)當中，測量高粘度油(yóu)品(pǐn)介質時(shí)，很難保證(zhèng)介質流速(sù)恒定(dìng)，一旦(dàn)出現(xiàn)流量(liàng)波動(dòng)，渦輪(lún)流量計就(jiù)會産生較大誤(wù)差。所以，對渦輪(lún)流量計在高粘(zhān)度介質(zhì)測量時(shí)不同流速下的儀表系(xì)數進行(háng)分析有非常重(zhòng)要的(de)意(yì)義。
1實驗裝置(zhì)
　　渦輪流量(liàng)計(jì)在高粘度介(jiè)質測量時不同(tóng)流速下儀(yí)表系(xì)數的(de)變(biàn)化(huà)規律(lǜ)，使用中航工業(yè)4113計量站可變粘(zhān)度标準裝置，該(gāi)裝置被測(cè)流體介質爲(wèi)4050航空潤(rùn)滑油，其有着很好的(de)高低溫性(xìng)能，正常使(shǐ)用溫(wēn)度範(fàn)圍爲-40℃～200℃，短期(qī)可達220℃。管(guǎn)道内潤滑油(yóu)的流量大(dà)小由(yóu)變頻油泵(bèng)控制(zhì)，變頻輸出(chū)電壓爲(wèi)380～650v，輸(shū)出功(gōng)率爲(wèi)0.75～400kw，工作頻率(lǜ)爲0～400hz，它的主電路采用交-直-交電(diàn)路。在油箱儲罐中内置加熱系(xì)統，可(kě)以對(duì)航空(kōng)潤滑(huá)油進行加熱，以此來(lái)改變(biàn)被測(cè)介質的粘(zhān)度。對溫度(dù)的控(kòng)制使用可編程(chéng)邏輯控制(zhì)器，内置pid算法，由油箱(xiāng)中的溫度傳感(gǎn)器、油箱(xiāng)中(zhōng)的加(jiā)熱器以及控制(zhì)器構成閉合溫(wēn)度控制回路，保(bǎo)證油品介質(zhì)在管道内高(gāo)速循(xún)環流動(dòng)的同時(shí)溫度(dù)誤差(chà)不超(chāo)過±1℃。該裝置可測(cè)流量(liàng)範圍是0.5m3/h~70m3/h，可變溫度範(fàn)圍是(shì)-30℃~155℃，油溫控制的精(jīng)度爲(wèi)±5%，标準秤的(de)測量精度爲0.02%，裝置不确定度爲0.05%。裝置結構原理(lǐ)圖如(rú)圖1所示。

2實(shí)驗原理
　　該裝置(zhì)的測量原(yuán)理是(shì)靜态稱重法，即(jí)在固(gù)定(dìng)的時間(jiān)内，使用電腦采(cǎi)集渦輪流(liú)量計(jì)輸出(chū)脈(mò)沖(chòng)個數(shù)，同時将(jiāng)流過的流體全部引入(rù)到标準秤中稱(chēng)重，除以(yǐ)對(duì)應密度來(lái)計算流過(guò)的真實(shí)體(tǐ)積流量，最(zuì)終再(zài)用累(lèi)積體積(jī)流量除(chú)以總脈沖個數(shù)計算出渦輪流(liú)量計的(de)儀表系(xì)數。
　　實驗開始前(qián)首先(xiān)開啓油泵(bèng)，使潤滑油在管(guǎn)道内勻(yún)速(sù)循環(huán)流動，根(gēn)據(jù)已知(zhī)的介(jiè)質(zhì)粘度與(yǔ)溫度的對(duì)應關系表，選擇要測(cè)試的介質粘度(dù)所對應(yīng)的(de)溫度(dù)，然後開始(shǐ)對介(jiè)質加熱，使裝置(zhì)内的介質達到(dào)設定(dìng)的溫(wēn)度及(jí)其對應的(de)粘度(dù)。實驗開始後，實驗員在上位機(jī)電腦(nǎo)上(shàng)點擊實驗開始，換(huàn)向閥(fá)立即動(dòng)作，流過(guò)渦輪流(liú)量(liàng)計的流體會(huì)全部引(yǐn)入到(dào)标準(zhǔn)秤(chèng)中(zhōng)，與此(cǐ)同時電腦(nǎo)開始計時(shí)并采(cǎi)集渦(wō)輪流量傳(chuán)感器的輸(shū)出脈(mò)沖數，經過(guò)一分(fèn)鍾後停(tíng)止，标準秤會自動上傳(chuán)流體累積質量(liàng)至(zhì)上(shàng)位機，上位(wèi)機通過該(gāi)介(jiè)質溫度(dù)密度對應(yīng)表再計算(suàn)出體(tǐ)積，再通過體積(jī)除以脈沖總個數得到儀表系數。在(zài)實驗(yàn)過程(chéng)中，系(xì)統(tǒng)計算機(jī)中的程序會記錄單次實(shí)驗持(chí)續的(de)實驗時間、累積(jī)總脈(mò)沖數(shù)、累積質(zhì)量(liàng)流量、瞬時(shí)流量、流體(tǐ)當前溫度下的(de)密度(dù)、流體溫(wēn)度(dù)等信(xìn)息。
3實驗方案
　　實(shí)驗采用口(kǒu)徑爲(wèi)dn10的渦輪流(liú)量傳感器，如圖(tú)3所示(shì)。實驗中選(xuǎn)擇10℃進行(háng)實驗測(cè)試，對應的流體(tǐ)介質(zhì)的粘度爲(wèi)43.49cst。選取0.3m3/h、0.5m3/h、0.7m3/h、0.9m3/h、1.1m3/h、1.3m3/h和(hé)1.5m3/h共(gòng)7個流(liú)量點進行，實驗流量範圍爲0.3m3/h到(dào)1.5m3/h。

　　實(shí)驗中每個流量(liàng)點均進行3次(cì)測量，（j=1，2，3），3次測(cè)量(liàng)的平(píng)均儀表(biǎo)系(xì)數作(zuò)爲此(cǐ)流量點的(de)儀表系(xì)數ki（i=1，2，3，4，5），各流(liú)量點儀表系數(shù)最小值與最大(dà)值的平(píng)均值，作(zuò)爲傳感器的儀(yí)表(biǎo)系(xì)數。
依照國(guó)标渦輪流(liú)量計(jì)檢定規程(chéng)，累積流量的(de)相對示(shì)值誤(wù)差(chà)爲：

4實驗(yàn)數據(jù)和結果
　　實驗測得在流體(tǐ)介質的粘(zhān)度爲(wèi)43.49cst條件(jiàn)下，dn10口徑的(de)渦輪(lún)流量(liàng)傳感(gǎn)器在各個(gè)實驗(yàn)流量(liàng)點的(de)儀表(biǎo)系數ki如表(biǎo)1所示(shì)。

　　使用函數(shù)拟合(hé)軟件originpro2017對所得數(shù)據進行拟合，origin爲originlab公司出品的較(jiào)流行的專業函(hán)數繪圖軟件，是(shì)公認的簡(jiǎn)單易(yì)學、操(cāo)作靈活、功(gōng)能強大(dà)的(de)軟(ruǎn)件，既可(kě)以滿足一(yī)般用戶(hù)的制圖需要(yào)，也可以滿足(zú)高(gāo)級用戶數(shù)據分(fèn)析(xī)、函數拟(nǐ)合的需要。
使用origin軟件(jiàn)中的四次(cì)多項式polynomial拟(nǐ)合公(gōng)式(shì)，使(shǐ)用(yòng)最小二(èr)乘法，得到(dào)如下(xià)函數(shù)，其(qí)中(zhōng)流速(sù)爲自(zì)變量x，儀表系數爲因變量(liàng)y：
y=1486.9+86.9x+426.49x2-517.4x3+157.9x4
圖(tú)4爲流量(liàng)與儀(yí)表系(xì)數的拟合(hé)曲線圖。
表2爲各對應流(liú)量點的拟合(hé)後儀表系數的(de)誤差。
　　如果(guǒ)直接采用(yòng)各(gè)個流量點的(de)儀表(biǎo)系數取(qǔ)平均值得儀表系數爲(wèi)1610.68，表3爲未采用拟(nǐ)合修正公式流(liú)量點對應(yīng)儀表(biǎo)系數(shù)誤差。


　　爲證(zhèng)明該高粘度變流速(sù)自(zì)适(shì)應算(suàn)法及公式的有(yǒu)效性，重新選取(qǔ)四(sì)個流量點：0.4m3/h、0.6m3/h、0.8m3/h、1.0m3/h對(duì)該公(gōng)式以及(jí)算法進行(háng)精(jīng)度驗(yàn)證，得到表4數據(jù)，表5爲各對應流量(liàng)點(diǎn)的(de)拟合後(hòu)儀表系數的誤(wù)差。

　　如果直接采(cǎi)用各個流(liú)量點的儀(yí)表系數取(qǔ)平(píng)均值得(dé)儀表(biǎo)系數(shù)爲1610.68，表6爲未(wèi)采用拟合修正(zhèng)公式(shì)流量(liàng)點對(duì)應儀表系數誤差(chà)。

　　實(shí)驗結(jié)果表(biǎo)明，經過這種高(gāo)粘度變流速自(zì)适應(yīng)算法修正(zhèng)後，儀表(biǎo)系(xì)數精(jīng)度提高到(dào)0.83%。如果(guǒ)隻是簡單(dān)将儀(yí)表系數取平均(jun1)，最大誤差将達到4.4%。而且從修正(zhèng)後儀(yí)表(biǎo)系數誤(wù)差值與未經(jīng)過(guò)修正(zhèng)儀表系數(shù)誤差值相比，基本各(gè)個(gè)流量點精度都有較大(dà)的提(tí)升。
5結論
　　對(duì)高粘(zhān)度下渦輪(lún)流量(liàng)計(jì)在測量(liàng)變流(liú)速流體介質時(shí)的儀表系(xì)數變化規律(lǜ)進(jìn)行了研究，在43.49cst粘(zhān)度條件(jiàn)下，使用dn10渦輪(lún)流量傳感(gǎn)器在0.3m3/h~1.5m3/h流速(sù)範圍(wéi)内進(jìn)行實驗，并(bìng)提出(chū)一種高粘(zhān)度變流(liú)速(sù)自适(shì)應算法，該(gāi)高粘(zhān)度(dù)變流(liú)速算法(fǎ)能夠将儀表系(xì)數精(jīng)度(dù)由(yóu)4.4%提高到0.83%，并對此進行(háng)了驗證，結(jié)果證(zhèng)明此算法(fǎ)确實能夠大(dà)幅提(tí)高渦輪流量(liàng)計的(de)測量(liàng)精度。

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